哈工大污染控制微生物課件

1.緒論

1.1微生物概述

1.1.1微生物的概念

請思考并答復：

什么是微生物？是否微小就是微生物呢？微生物是否都難以肉眼分辨？

微生物（microorgnisms）一詞并非生物分類學上的專用名詞，而是指所有形體微小、結構較為簡單，一般

須借助光學顯微鏡甚至電子顯微鏡才能觀察到的低等生物的統稱。

包括病毒（不具細胞結構）、原核生物（如細菌和藍藻等）、真菌（如酵母菌和霉菌等）、單細胞藻類（衣

藻、硅藻等）以及原生動物（如草履蟲、肉足蟲和太陽蟲等）和后生動物（輪蟲、線蟲甚至蛔蟲等）等。

1.1.2微生物的分類地位

11）生物的分類階元和命名

（1-1）生物的分類階元

界

n（亞門）

綱（亞綱）

目（亞目）

科（亞科）

屬（亞屬）

種（亞種、品種、變異株）

種是生物分類的最根本單位。什么是“種”呢？

蚱雄個體交配可以形成具有生殖能力的子代，這樣的生物群體稱為一個物種。

物種分類舉例1

界.......動物界原生生物界

n........脊索動物門原生動物門

綱.......哺乳綱纖毛綱

目........靈長目鐘形目

科........人科鐘蟲科

屬......人屬鐘蟲屬

種......人種小口鐘蟲

物種分類舉例2

界..................原核生物界

門.................細菌門

綱................放線菌綱

目..............放線菌目

科............分枝桿菌科

屬..........分枝桿菌屬

種.......結核分枝桿菌

（1-2）生物的命名

生物的命名均采用國際統一的命名法那么，即“雙名法”。一個物種的名稱由兩個局部組成，即屬名和

種名，屬名在前，種名在后；用拉丁文字，斜體，屬名用名詞，首字母大寫；種名用形容詞表示，字首

字母小寫，為微生物的色素、形狀、來源、病名或科學家的姓名等。

下面舉例說明。

Stapylococcusaures金黃色葡萄球菌

Saccharomycespastori巴斯德酵母

Clostridiumtetani破傷風梭菌

ElhanoligenenshitB49產乙醇桿菌B49

(2)生物界的分類

二界說:動物界、植物界；

三界說:動物界、植物界、微生物界；

四界說:動物界、植物界、微生物界、病毒界；

六界說:動物界、植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界、病毒界。

(3)微生物的分類地位及其研究對象

正如我們前面了解到的，微生物也是種類龐雜，多種多樣。那么，微生物在生物界的分類地位如何呢？

它屬于何門何綱？污染控制微生物學所研究的對象在生物界又占什么地位？

1.1.3微生物的特點

(1)結構簡單，個體微小

在生物界中，微生物的結構雖然也因種類的不同而變化多樣，但總體而言是相對簡單的最簡單的，其體

積大小也非常微小。如細菌門的生物，屬原核生物，單細胞個體，無細胞器等的分化，其度量單位一般

用微米(um)；再如病毒，甚至連根本的細胞結構也不具備，其大小的度量采用納米(nm)來表示。

(2)分布廣泛，種類繁多

由于微生物個體微小而目.輕，故可通過風和水的散播而廣泛分布。高至12,000米的高空，深至10,000米

的海底，營養貧乏的巖石中，干旱的沙漠中，動植物的體表體內，甚至再高達90℃以上的溫泉和寒冷的

北極冰層中，都有相適應的微生物種類存在。微生物的種類繁多，已發現的微生物有I?兒萬種，且代謝

類型多樣化。

啟示

無論在地球的哪個角落，到處都有微生物存在，而且代謝類型多樣。生命有機體無論在

地球的哪個角落死亡后，都能因微生物的作用而被分解氧化

13)繁殖速度快，代謝強度高

微生物具有在適宜條件下的高速度繁殖的特性。尤其是細菌，其繁殖速度更是驚人。例如，大腸桿菌和

梭狀芽泡桿菌在最適宜的條件下，20分鐘可繁殖一代，即由I個分裂成2個，在三小時多一點的時間內，

其代謝位能要增加一千倍。如果細菌始終處在最適宜的條件下，那么一晝夜可繁殖72代，這樣經過4?

5天，就能形成與地球同樣大小的物體。

微生物具有很高的代謝強度，是由于微生物體積小，與高等生物相比外表積十分巨大，從而使它們能快

速地和周圍環境進行物質交換的緣故。

例如，乳酸桿菌的外表積/體積=120,000；雞蛋的外表積/體積=1.5；休重200磅(90.7公斤)的人體外表

稅體積=0.3。

有人計算，乳酸桿菌1小時內生成的乳酸約為其體重的1,000?10,000倍，但一個人如要想得到1000倍

于其體重的糖代謝物，那么需40多年。

有人統計，一頭500公斤重的牛每天增加的蛋白質為0.4公斤，而500公斤的酵母菌再24小討內至少可

以形成5,000公斤的蛋白質。

(4)適應能力強，易于培養

總體而言，微生物的適應性極強(如前所述)，大多數微生物都能在常溫常壓下，利用簡單的營養物質

生長繁殖，培養相對容易。

⑸易變異

微生物繁殖后，其子代與親代在形態、生理等性狀上常有差異，這些差異又能穩定地遺傳下去，這一特

性被稱為變異。

1.2污染控制微生物學

1.2.1在微生物學中的地位

微生物學是研究微生物在一定條件下的形態結構、生理生化、遺傳變異以及微生物的進化、分類、生態

等生命活動規律及其用用的一匚科學。隨著微生物學的不斷開展.已經形成r根底微生物學和應用微生

物學，又可分為許多不同的分支學科，并還在不斷地形成新的學科和研究領域。

1.2.2污染控制微生物學的內涵

污染控制微生物學是環境污染治理與微生物學相結合而產生開展起來的一門邊緣性學科，屬于環境微生

物學的研究范疇，重點是研究污染控制工程中涉及到的微生物學問題，是在普通微生物學的根底上，著

重研究棲息在自然環境、受污染環境和人工處理系統中的微生物生態、環境的自凈作用、環境污染及其

生物處理工程中的微生物學原理。

1.2.3主要研究內容和任務

自然環境以及污染環境中的微生物生態學；

污染控制中的微生物學原理以及微生物資源的開發與利用；

特種廢水的處理技術以及高效、經濟、節能廢水處理技術的開發與應用；

生物工程和一些微生物新技術在污染控制中的應用；

環境中有害微生物的去除以及病原微生物的快速檢測技術；

廢水及固體廢棄物生物處理過程中的減量化和資源化技術。

作業：

①微生物的概念：

②微生物的特點；

③概述微生物在環境污染控制中的作用。

2.原核微生物

微生物除病毒外都具有細胞結構，而具有細胞結構的微生物，又可分為真核微生物和原核微生物。細菌、

放線菌、立克次氏體、支原體、衣原體、藍細菌屬原核生物（procaryote〕，真菌、單細胞藻類和原生

動物以及后生動物屬真核生物（eucaryote）o這兩類微生物在細胞結構上，特別在細胞核上有顯著區別。

原核微生物與真核微生物的主要區別

2.1細菌

2.1.1形態和大小

（一）細菌的形態

細菌個體均為單細胞生物，其根本形態有三種：球狀、桿狀和螺旋狀，分別稱為球菌、桿菌和螺旋菌（包

括弧菌）。此外，一些細菌具有較為特殊的形態，如分叉、具柄、具附器等。

細菌的根本形態圖片

細菌的根本形態

（二）細菌的大小

細菌一般都很小，以微米（H1）作為度量單位（長度、寬度或直徑）。但是，不同種類的細菌或同一種

類的細菌在不同環境條件下，大小的差異很大。

2.1.2細菌的細胞結構

細菌屬典型的原核生物，其結構可分為兩局部：一是為全部細菌細胞所共有的不變局部或根本結構，包

括細胞壁、細胞膜、原核和核糖體以及內含物等；二是只有局部細菌所有且具有特定功能的可變局部或

特殊結構，包括鞭毛、纖毛、莢膜、芽泡和氣泡等。（參見P14）。

（1-1）細胞壁（教材P14T6）

細胞壁（cellwall）是包在原生質體外面，厚約10?80nm的略有彈性和韌性的網狀結構，其質量約占

總細胞干重的10%?25%左右。

（1）細菌染色

細菌染色的主要目的（教材PI5）

①細菌本身為無色透明的，在普通光學顯微鏡下，菌體與背景反差很小，不易看清楚細菌的形態和結

構，所以，通常要對細菌進行染色，以增加菌體與背景的反差，以便于在顯微鏡下觀察。

②通過染色特征對不同特性的細菌進行鑒別。

③

常用染色方法（教材P15）

單染色法和復染色法

革蘭氏染色（教材P15）

革蘭氏染色是最重要的細菌染色方法之一，甚至成為鑒別不同細菌的一個重要特征。它是丹麥細菌學家

革蘭氏（ChristianGram）于1884年創造的。

革蘭氏染色的主要步驟及細菌鑒別（教材P15-16）

先用堿性染料結晶紫染色，再加碘液媒染，然后用酒精脫色，最后以沙黃或蕃紅復染。

由于不同種類細菌的細胞壁組成和結構不同，而被染成紫色或紅色。但凡呈現紫色的細菌，稱為革蘭氏

陽性（G+）細菌；而被染成紅色的細菌，稱為革蘭氏陰性（G-）細菌。

（2）細胞壁的化學組成及結構

細胞壁的化學組成（教材P14）

細胞壁的主要成分是肽聚糖、脂類和蛋白質。在不同細菌細胞壁中還含有磷壁酸（乂稱垣酸〕和脂多糖

筆成分。

細胞壁的結構

肽聚糖是由2乙酰葡萄糖胺（NAG）和乙酰胞壁酸（簡寫NAM）以及少量短肽鏈聚合而成的一個大分子復

合體，形成多層網狀結構。

G+細菌G.細菌

G+細菌和G-細菌細胞壁結構的比擬

（3）細胞壁的生理功能（教材P16）

1）細胞壁具有保護細胞免受機械性或滲透壓的破壞，維持細胞外形的功能；

2）細胞壁的化學組成，使之具有一定的抗原性、致病性以及對噬菌體的敏感性；

3）細胞壁為鞭毛提供支點，支撐鞭毛的運動；

4)細胞壁具有多孔性,具有一定的屏障作用，允許水及一些化學物質通過,但對大分子物質有阻攔作

用。

(1-2)細胞膜(教材P16)

細胞膜又稱原生質膜，是外側緊貼于細胞壁而內側包圍細胞質的一層柔軟而富有彈性的半透性薄膜，厚

度約7?]()nmo約占細胞干重的10蛤其化學組成是脂類(20%?30酚和蛋白質(60%?70酚，還有少量糖

蛋白、糖脂(約2階和微量核酸。

(1)細胞膜的結構(教材P16)

膜的單位結構是由磷脂雙分子層與蛋白質組成，蛋白質分布與磷脂雙分子層的外表，或鑲嵌其間，具有

流動的特性。細胞膜中的蛋白質種類很多，起酶和載體的作用。

⑵細胞膜的功能(P17)

1)起滲透屏障作用并進行物質運輸；

2)參與細胞壁的生物合成；

3)參與能量的產生；

4)參與細胞繁殖中的DNA別離過程；

5)與細胞的運動有關，細菌鞭毛和纖毛著生在細胞膜上

(1-3)細胞質及其內含物(P16)

(1)細胞質(P17)

細胞質又稱細胞漿，是細胞膜內除細胞核質外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物的總稱，含水旱約80%,

其它主要成分有蛋白質、核酸、脂類、少量的糖類和無機鹽類。

(2)內含物

細胞質內形狀較大的顆粒狀構造稱為內含物(inclusionbody),包括核糖體、裝酶體、載色體、類囊

體、顆粒狀內含物和氣泡等。

A.核糖體(ribosom。)(P17)

核糖體是細胞中的一種核糖核蛋白的顆粒狀結構，由65%的核糖核酸(RNA)和35$的蛋白質組成，分散存

在于細菌細胞質中。核糖體是合成蛋白質的部位。

B.間體(mesosome)(P17)

亦稱中體，是一種由細胞膜內褶而形成的囊狀結構，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。多見于革蘭氏陽性

菌。與酶的分泌、DNA的復制與分配以及細胞分裂有關。

C.內含顆粒(inclusiongranule)(P17-18)在許多細菌體內，常含有各種較大的顆粒物，大多系細

胞儲藏物，如異染粒、聚一羥基丁酸、肝糖、硫粒等。這些內含物常因菌種而異，即使同一種菌，顆

粒的多少也隨菌齡和培養條件不同而由很大變化。往往在某些營養物質過剩時，細菌就將其聚合成各種

貯藏顆粒，當營養缺乏時，它們又被分解利用。以下是幾種重要的內含顆粒：

C-a.異染顆粒(metachromaticgranule)

乂稱撥轉菌素(volutin),主要成分是多聚偏磷酸鹽，因為它被藍色染料(如甲烯藍)染色后不呈藍色而

呈紫紅色而得名。幼齡菌中的異染顆粒很小，隨著菌齡的增長而變大。一般認為它可能是磷源和能源性

貯藏物。

啟示：細菌的聚磷現象為廢水生物處理的除磷技術奠定r生物學根底

C-b.聚B-羥基丁酸(PHB)顆粒

為細菌所特有，是B-羥基丁酸的直鏈多聚物，是一種碳源和能源性貯藏物。當細菌生長在富含碳水化

合物而缺少氮化合物培養基時，積累PHB；反之那么降解PHB。

后示：羥基丁酸是一種環境反好材料，可用作可生物降解產品的原料，具有很好的開發和應用前景。

C-d.肝糖(glucogen)粒和淀粉粒

是微生物體內儲存的碳源和能源物質，用碘液可染為深藍色或紅褐色，光學顯微鏡下可見.

C-e.硫粒(sulfurgranule)

硫粒是硫素的貯藏物質和能源。有些硫細菌如貝氏硫菌屬(Beggiatoa)、發硫菌屬(Thiothrix)等能

氧化H2s為硫,從而獲得能量,同時將其氧化產物單質硫以顆粒形式儲存

在體內。當環境中缺乏可利用的能源時，它們可氧化體內的硫粒為S042-，從而獲得能量并

滿足細胞合成對硫素的需求。

啟示：利用硫細菌在一定條件下積累硫素的特性，可以在消除環境中(水或大氣)有害氣體H2s的同

時，回收資源一一單質硫。

(1-4)核質與質粒(P18)

(1)核質

請參閱教材P18

細菌的核位于細胞質內，為一絮狀的核區。它無核膜、核仁，無固定形態，結構也很簡單，這些是與真

核微生物的土要區別之處。核區內集中有與遺傳變異密切相關的脫氧核糖核酸(DNA),稱為染色質體

(chromatinicbody)或細菌染色體(bacterialchromosome)。核區由一條環狀雙鏈DNA分子高度折疊纏

統而成。細菌的核攜帶遺傳信息，其功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息。

(2)質粒及其應用

質粒(plasmid)是指獨立于染色體外，存在于細胞質中，能自我復制，由共價閉合環狀雙螺旋DNA分子

所構成的遺傳因了?。其相對分子質量較細菌染色體小，每個菌體內有一個或幾個，也可能有很多個質粒。

請參閱教材P18

(1-5)原生質體的概念(P16J

細胞膜以內，包括細胞膜在內的結構被稱為原生質體(protoplast),包括細胞膜、細胞質和核質。

以上是細菌細胞根本結構的一些主要內容

［二)特殊結構

(2-1)莢膜與粘液層

(1)莢膜與粘液層的概念

參閱教材P18

12)莢膜與粘液層的組成

參閱教材P18

?3)莢膜與粘液層的功能

參閱教材P19

〔4〕菌膠團的概念

參閱教材P19

15)菌膠團在廢水生物處理中的意義

參閱教材P19

16)菌膠團的形成機理

參閱教材P19

注意:兩種學說都有其道理，事實上，菌膠團的形成即與莢膜或粘液層的吸附作用有關，也

與細菌能量水平有關，不可偏頗。

(2-2)芽抱

(2)芽胞的數量與位置

1)一般每個菌體只能形成一個芽泡，但也有個別細菌的個體可產生多個芽泡，如多抱錐柱桿菌：

2)芽泡在細胞中的位置因種類差異而不同，有端生、中生和無固定位置三種情況［參閱教材P20,圖

2.12)；

3)芽抱一般為橢圓形和圓形，其直徑可能大于或小于具體直徑，直徑較大的芽抱的形成，常使菌體外

部形態發生變化，呈現梭形(如丙酸梭菌)、鼓錘形(如破傷風梭菌)等；

4)菌體是否能夠生成芽泡，以及芽胞數量和著生位置，是由細菌的遺傳性決定的，因此這些性狀可以

作為鑒別細菌種類的重要依據。

(3)芽抱結構特征和生理特性

結構特征：具有厚而致密的壁，不易透水且含水率低，含有大晝:的2,6-毗咤二瓶酸(簡稱DPA)和耐熱酹;

生理特性：很難著色,具有很強的耐熱、抗紫外線、抗化學毒物等抵抗能力：芽抱是一種休眠體.代謝

活力極低，一般可存活幾年至幾十年。

⑷芽抱生理功能

芽泡具有抵抗惡劣環境條件的能力，是保護菌種生存的一種適應性結構。（P21）

芽胞不是繁殖體，因為一個細胞只能形成一個芽抱，而一個芽泡萌發之后仍形成一個營養細

胞。一般認為，細菌只有在遇到惡劣的環境條件時才形成芽狗，以芽抱來度過惡劣環境：一

旦環境條件適宜就萌發，形成新的營養細胞。（P20）

1：2-3）鞭毛

（1）鞭毛的概念

參閱教材P21

12）鞭毛的著生位置及數景

參閱教材P21

（3）鞭毛的功能

主運動功能，參閱教材P21

L2-4）傘毛

又稱纖毛或狒[毛，是細菌外表的一類毛狀突起物，比鞭毛細，短而挺直，數量多。

主要功能：①使細菌相互粘合在一起，形成菌膜（類似于尼龍扣）：②吸附功能，如大腸桿

菌能借助纖毛附著在寄主細胞上；③有的可以作為細菌接合過程中遺傳物質的通道，這種傘

毛可以決定細菌的性別，所以又稱性傘毛。（參閱教材P21）

2.1.3細菌的繁殖方式

細菌一般以二分裂進行繁殖，先是DAN（原核）進行復制，然后在兩個核之間形成橫隔，使一個細胞變成

兩個。兩個子細胞大小根本相同的分裂繁殖，稱為同型分裂；兩個子細胞大小不等的，那么稱為異型分

裂。

2.1.4細菌的培養特征

（1）菌落的概念

生長在固體培養基上，來源于一個細胞，肉眼可見的細胞群體稱為菌落（cology）。

教材P22,稱為群落不適宜。

⑵菌落的形態特征

特定的細菌在一定條件下形成的菌落特征具有一定的穩定性和獨特性，是衡量別離菌種純度、識別和鑒

定菌種的重要依據。

細菌的群落形態包括大小、形狀、顏色、透明程度、隆起形態、邊緣形態、外表光滑與否等。

參見教材P22圖2.16。

13）菌落的類型

根據培養細菌是否產莢膜和所形成菌落的外表特征，可將菌落分為光滑型和粗糙型兩種

細

光滑型菌落：表面光滑粘稠產莢膜葭

菌

菌

落粗糙型菌落：表面干燥粗糙無英膜菌

14）運動性培養特征

采用半固體培養基培養，穿刺接種。細菌如果向四種擴散生長，那么為運動性細菌，反之，那么為不運

動細菌。參見教材P23圖2.18

[5）明膠水解特征

采用明膠培養基，穿刺接種。培養后如出現液化區，那么證明被試細菌具有水解明膠的特性，否那么，

那么不具有水解明膠的特性。參見教材圖P2.20

2.1.5細菌的帶電性(P24)

細菌的帶電性與其主要組成蛋白質有關。由氨基酸聚合而成的蛋白質為兩性電解質，在大于等電點(pl)

的堿性環境中帶負電核，在小于pl的酸性環境中帶正電核。細菌的pl在1?5,在一般環境中pH>pl,

所以一般帶負電

2.1.6細菌的分類

2.1.7污染控制工程中常見的菌屬

請同學們自學教材P24-27的相關內容

2.2放線菌

放線菌是介于細菌與絲狀真菌之間而更接近于細菌的一類絲狀原核生物，因其菌落成放射狀而得名。

與人類生活關系密切，是人類使用的抗生素的最主要“生產者”；也有個別種屬的放線菌可引起動植物

疾病。

2.2.1綜述

(1)結構特征(P28)

外形類似絲狀真菌：菌體為復雜的分枝絲狀體。

結構上與細菌更為相似：原核，絲狀體無橫隔，為多核質的原生質體(單細胞)。

(2)營養特征927)

多為腐生，少數營寄生

(3)分布(P27)

廣泛分布與自然界，在土壤、水體、大氣、食品以及動植物體表和體內均有放線菌的分布。主要分布于

土壤中，土壤所具有的泥腥味就是放線菌產生的代謝產物引起的。

(4)對環境的影響及其利用

A.在自然界物質循環中起著重要作用：腐生型放線菌具有很強的分解多種有機物的能力，包括難降解

的毗咤、給體、芳香族化合物、纖維素和木質素等。在環境科學界受到了很大重視。

B.少數寄生型放線菌可引起動植物疾病：如馬鈴薯瘡痂病、動物的皮膚病、肺炎、腦膜炎等。

C.產生大量的、種類繁多的抗生素是放線菌最突出的特性之一。臨床所用抗生素占西藥總數的一半以

匕而近萬種抗生素中的大約70%是由方線菌產生的。人們關于放線菌的知識主要是在尋找生產各種各

樣的抗生素的過程中枳累起來的。

2.2.2放線菌的形態與結構(P28)

放線菌為單細胞、多核，大多為分枝絲狀體，G+(極少數為G-)。

放線菌的菌絲體有營養菌絲、氣生菌絲和包子絲之分。

以下內容請同學們自學(P28-31)

2.2.3放線菌的菌落特征

2.2.4放線菌的繁殖

2.2.5代表種屬

2.2.6放線菌與細菌的異同

2.3其它原核微生物

2.3.1鞘細菌

(1)概念：P31

(2)鐵細菌的特點及其環境作用：P32

(3)球衣細菌的特點及其環境作用:P33

2.3.2滑動細菌

11)滑動細菌的概念及常見菌屬：P34

(2)硫細菌的生理特性及其環境作用：P35

(3)噬纖維菌具有很強的分解纖維素的能力：P36

2.3.3籃細菌

(1)藍細菌的根本特性：P36

12)特別注意水體中藍藻過渡繁殖的原因及其危害。P37

(3)能形成水華的藍細菌有哪些？P37

2.3.4光合細菌(p38)

(1)特別注意光合細菌與藍細菌的區別

(2)光合細菌的主要菌屬

作業

教材P38思考題：1、3、4、5、6、9、10

補充；

(1)方線菌.與細菌的異同；

(2)從鞘細菌、滑動細菌和藍細菌的形態和生理特性討論它們產生的危害，是否有化害為利的途徑？

3.真核微生物

靖思考：具有怎樣特征的微生物被稱為真核微生物？

請思考：與污染控制有關的真核微生物有哪些？

3.1真菌

(1)什么是真菌？

真菌(fungus)是指具有細胞壁、不含葉綠素，靠寄生或腐生方式生活的一類真核微生物，大多數菌體為

多細胞絲狀體，少數種類為單細胞(包括無隔多核細胞)結構。

(2)營養特性

生活在富含有機物質的環境中，特別是多糖類有機化合物是真菌的良好營養基質。真菌能分解諸如纖維

素、果膠質等很復雜的有機化合物，甚至還能破壞某些殺菌劑；它們代謝強度高，可用于有機污染物的

生物處理。

(3)真菌的分類

分布廣泛，生理生化特性千差萬別，種類繁多。分類學.上將真菌分為三綱一類。

3.1.2酵母菌(yeastJ

(1)酵母菌的概念

酵母菌是對一類以芽殖為主要繁殖方式的單細胞真菌的總稱，并不具有分類學上的意義。已正式命名的

酵母菌370多種，分屬于子囊菌綱、擔子菌綱和半知菌類。通常分布于含糖量高且偏酸性的環境中。

請參考教材P39

(2)形態及大小

酸母菌的形態因種而異，根本形態有球形、卵形和圓柱形；有些酵母菌的形態比擬特殊，呈現檸檬形、

瓶形、三角形或彎曲形等。

醍母菌的個體要比細菌個體大幾倍到幾十倍，一般寬1?10m,長5?30m。

請參考教材P39-41

(3)細胞結構與菌落特征

具有完整的真核細胞結構，細胞質中含有各種具備特殊功能的細胞器；

細胞壁成分以葡聚糖和甘露聚精為主，而細菌的那么以肽聚糖和脂多糖為主；

菌落與細菌的相似，但比細菌菌落大而且厚，外表濕潤粘稠，易被挑起；

酵母菌的出芽過程

(5)在生產和環境工程中的應用

現在請參閱教材P40-41

3.1.3霉菌(mold)

(1)霉菌的概念

霉菌不是分類學上的名稱［習慣稱呼)，但凡在基質上生長形成絨毛狀、棉絮狀或蜘蛛網

狀的絲狀真菌統稱霉菌，分類學上分屬藻狀菌綱、子囊菌綱和半知菌類。

與人類的生活關系密切

如：

毛霉(Mucor)：是用于制作腐乳、豆豉等食品的菌種重要；

根霉(Rhizopus)：作為糖化菌種已悠久的歷史，是家用甜酒曲的主要菌種；

曲霉(Aspergillus)：主要用于制醬，也是釀酒、制醋曲的主要菌種；

青霉(Penicillium)：是生產青霉素的重要菌種：

白腐真菌(Whiterotfungus)：用于造紙廢水的處理(降解木質素)等等。

12)結構形態

參閱教材因1-42

注意以下幾點(與放線菌比擬)：

11)菌絲體比放線菌菌絲大幾倍到幾十倍；

(2)真核(放線菌?)；

(3)多核系統(有隔霉菌菌絲體，放線菌？)；

(4)細胞壁主要由幾丁質組成(放線菌?)；

(5)菌絲體有營養菌絲、氣生菌絲核繁殖菌絲之分，主不同功能(放線菌)。

(3)霉菌的繁殖方式

參閱教材P45

T'囊胞子(ascospore)

在子囊中形成的有性胞子叫子囊狗子；

子囊是一種囊狀結構，絕大多數子囊呈長形、棒形或圓筒形，有的具特征性的球形、卵形或長方形。

每個子囊內通常含1一8個子囊他子，為2n個；

子囊多半集體產生，在多個子囊外部，由菌絲體組成共同的保護組織，整個結構成為一

個子實體(子囊果)，子囊包在其中。

(5)常見種屬

請參閱教材P43-45

〔6〕毒菌代謝物與環境污染

主要指某些霉菌代謝產生的一些毒素對其它生物造成危害。(P45)

例如：

(1)黃曲霉代謝產生的黃曲霉素，具有強烈的致癌作用；

(2)產黃青霉代謝產生的島狀毒素可使動物肝臟受到嚴重損傷。

(7)在環境工程中的應用

盡管霉菌對有機物具有較強的降解能力，但是引起污泥膨脹的潛在因素，所以?般應控制霉菌在活性污

泥系統中的開展；

在活性污泥系統中，霉菌在營養競爭上受細菌的限制，一般不會大量增殖。

請參閱教材P45-46

3.2藻類

3.2.1概述(P46)

藻類是一類光能自養型真核生物，屬植物界，種類繁多，分為十二個門

除藍藻外的藻類，很少被列為微生物的研究對象，但藻類與水污染控制有密切關系，所以被納入環境衛

生物學的研究范疇

藻類可通過營養繁殖、無性繁殖和有性繁殖等三種方式進行繁殖

3.2.2藻類的分布及生存條件

(I)藻類的分布

教材P4647

(2〕藻類的生存條件

教材P47

3.2.3常見種屬

藻類種類繁多，進化層次不一，分類學上占有植物界的十二個門，教材P49列出了常見的十個門。

3.2.4在廢水生物處理中的應用

危害：過量繁殖形成“水華"或"赤潮”，使水質惡化變質，應加以控制；

在廢水處理中的應用：

(I)氧化塘生態系統的重要組成局部；

(2)在好氧活性污泥系統中起積極作用；

(3)利用具有光合特性的藻類進行污水生物處理，如紅螺菌屬的微生物可在有氧黑暗和

無氧光照條件下都能很好的生長，對廢水中的污染物有較好的去除效果，目前已有工程應用

的實例。

3.3原生動物

3.3.1原生動物與后生動物的區別

3.3.2原生動物的形態及生理特性

原生動物在生理上具有完善的“系統”，能行使營養、呼吸、排泄、生殖等機能。常見“胞器”有：行動

胞器，消化營養胞器，排泄胞器，感覺胞器等。

本節內容非常重要，請仔細閱讀教材P51-52相關內容。

3.3.3原生動物的分類

水處理中常見的原生動物有三類：

(I)肉足類

[2)鞭毛類

⑶纖毛類

參見教材P52-56

⑴肉足類(教材P52-53)

大多尢固定的形狀，少數種類為球形。細胞質可伸縮變動而形成偽足，作為運動和攝食的胞器。絕大局

部肉足類都是動物性營養。肉足類原生動物沒有專門的胞口，完全靠偽足攝食，以細胞、藻類、有機顆

粒和比它本身小的原生動物為食物。

(2)鞭毛類

具有一根或一根以上的鞭毛，是運動器官，在分類學中稱鞭毛總綱；

鞭毛蟲可分為植物性鞭毛蟲(植鞭綱)和動物性鞭毛蟲(動鞭綱)；

植物性鞭毛蟲多數有綠色素體，是唯一進行植物性營養的原生動物；

動物性鞭毛蟲體內無綠色的色素體，也沒有表膜、副淀粉粒等植物性鞭毛蟲所特有的物質，動物性營養,

有些還兼有腐生性營養。請參閱教材P53-54

(3)纖毛類

纖毛類原生動物屬纖毛綱(Ciliata),周身外表或局部外表具有纖毛，作為行動或攝食工具；

浮游或固著生活。

3.3.4原生動物在廢水處理中的應用

由于原生動物個體比細菌個體大且種屬外表特征明顯，易于觀察，可以用作廢水生物處理系統運行狀態

的指示生物。

梨波豆蟲、滴蟲等動物性鞭毛蟲的大量出現，是系統處理效果欠佳的表征：

鐘蟲等原生動物的出現，是系統處理效果良好的表現。

3.4微型后生動物

在廢水生物處理構筑物中還常常出現一些低等的無脊椎后生動物，包括輪蟲、甲殼類

動物、昆蟲以及幼蟲等。

3.5作業

教材P58思考題：3、4、5、6

4.非細胞生物——病毒

4.1病毒的發現

19世紀末，已經別離到了許多引起傳染病的細菌，但對某些傳染病如口蹄疫、煙草花葉病等卻一直無

法獲得其病原細菌；

1892年，俄國學者伊萬諾夫斯基首次發現煙草花葉病的感染因子可以通過細菌濾器；

1898年，荷蘭生物學家貝哲林克進一步肯定了伊萬諾夫斯基的結果，并將這類感染因子稱為病毒

（virus）；

1935年，美國生物化學家斯坦萊從煙草花葉病灶中別離獲得病毒結晶；

法一步研究發現，病毒結晶中只含有蛋白質和核酸兩種成分，只有核酸具有感染疾病和復制的能力。

4.2病毒的主要特征（P59）

個體極小，能通過細菌濾器，需借助電子顯微鏡才能觀察到；

專性寄生，沒有獨立的代謝能力，只能在特定的宿主細胞內增殖；

無細胞結構，大多數病毒只是蛋臼質和核酸組成的大分子，且只含有一種核酸1DNA或RNA）；

繁殖方式是依靠宿主的代謝體系進行“復制”；

對一般的抗生素不敏感，但對干擾素敏感。

總之，病毒是一類超顯微、沒有細胞結構、專性寄生的大分子微生物，它們在體外具有生物大分子的特

征，只有在宿主體內才表現出生命特征。

4.3病毒的形態及結構

4.3.1病毒的大小和形態

病毒大小的度量采用nm,多數病毒粒子的直徑在lOOnm以下，必須借助于電了?顯微鏡才能觀察到它的具

體形態和大小；

動物病毒多為球形、卵形或磚形；

植物病毒多為桿形、絲狀，也有球形；

細菌病毒（噬菌體）大多為蝌蚪狀，也有球形或絲狀。

請參閱教材P59-60

4.3.2病毒的化學組成（P60）

大多數病毒的化學組成為核酸和蛋白質：

含有RNA的病毒稱為RNA病毒；

含有DNA的病毒稱為DNA病毒。

少數較大的病毒還含有脂類和多糖類等：

脂類中磷脂占50%?60%,其余為膽固醇；

多糖常以糖脂、糖蛋白形式存在。

4.3.3病毒的結構（P60）

完整的、具有感染性的病毒顆粒稱為病毒粒子（virion）

4.3.4包含體（Inclusionbody）

包含體是宿主細胞受病毒感染后形成的一種光學顯微鏡下可見的小體，其形態呈圓形、卵圓形或不定形,

數量和大小不等；

大多數是病毒粒子聚集體,一般含有一個或數個病毒粒子：

包含體的大小、形狀、組成及在細胞內的位置可作為快速鑒定病毒的依據。

天花病毒在家兔角膜細胞之中產生的顧氏小體

4.3.5噬菌斑(Plaque)

噬菌斑是指在含宿主細胞的固體培養基上，噬菌體使菌體裂解而形成的空斑，是噬菌體的“菌落〃；

噬菌斑的形態特征不?，可以作為鑒定噬菌體的依據之」天花病毒在家兔角膜細胞之中產生的顧氏小

體

4.4病毒的增殖

病毒侵入寄土細胞后，利用寄土細胞提供的原料、能量和生物合成機制，在病毒核酸的控制下合成病毒

核酸和蛋白質，然后裝配為病毒顆粒，再以各種方式從細胞中釋放出病毒粒子。病毒的這個過程與一般

微生物的繁殖方式不同，稱增殖，又稱為復制，整個過程稱為復制周期。(教材P61)

無論是動、植物病毒或噬菌體，其增殖過程根本相同，大致分為吸附、侵入(及脫殼)、生物合成、裝配

與釋放等連續步驟。(參閱教材P61—62)

4.5一步生長曲線

一步生.長曲線的研究不僅能了解噬菌體的潛伏期時間和裂解量，而且可了解理化因

素的變化對噬菌體感染細菌能力的影響。

一步生長曲線可分為潛伏期(latentperiod)＞突破期(risephase)和平穩期

(Plateauphase)

4.6溶源性(Lysogeny)

烈性噬菌體

溶源性與溫和性噬菌體

現在請參閱教材P62-63

4.7影響水中病毒存活的因素

請參閱教材64-65

4.8水中病毒的去除

請參閱教材65

4.9作業

教材P66思考題：2,3,4,5

5.微生物的營養

5.1概念

什么是微生物的營養？

什么是營養物質？

5.2微生物的化學組成(P69)

5.1.1微生物的元素組成

5.1.2微生物的分子組成

5.1.3指導意義

5.2.1微生物的元素組成

19種生命必需元素：C、H、0、N、P、S、Ca、唬、Fe、K、Na、Cl、I、Mn.Co.CiuZn、Se、Ni：

大量元素：C、H、0、N、P、S在細胞中的含量到達干重的97%,稱為大量元素；

微量元素：為生命所必需，但含量很少的那些元素。

不同微生物體內的元素組成：細菌CMN0?,真菌GohNOb,藻類CSHSNOL原生動物GHMNO：,。

5.2.2微生物的分子組成

請參閱教材P69：

表5.3細菌細胞化學組成含量

5.2.3指導意義

培養微生物時，培養基須按照所培養微生物對各種營養元素的需求量進行配制；

在廢水生物處理中，需滿足廢水中C、N、P等營養元素的平衡：對于好氧生物處理，C(BO【).J:N:P=100:5:l,

對于厭氧生物處理，C(C0Dir):N:P=200?300:5:1較為適宜。

5.3微生物的營養物質

5.3.1水分

除了少數微生物(如藍細菌)能利用水中的氫作為復原CO?的復原劑外，其他微生物都

不能利用水作為營養物質。盡管如此，水仍然是微生物生長所必需的一種重要物質。

結合水與游離水的概念

結合水和游離水是水在細胞中的兩種存在形式。

結合水在生物細胞中通過氫鍵和蛋白質結合，構成了原生質的組成局部。

游離水即游離態的水分子，可以被微生物利用，同時構成細胞中各種生物化學反響的介質。

結合水只占細胞水分的一小局部，細胞內的大局部水為游離水，不同生物的游離水含量差異也很大。

5.3.2碳源(P67)

(1)碳源的概念

12)微生物碳源物質的種類

能作為微生物碳源物質的種類很多且分布廣泛，既包括簡單的無機碳化物，如C0?和碳酸鹽等，也包括糖

類、脂類、醇類、有機酸、燒類、芳香族化合物以及各種含氮的復雜有機物。

光能自養型的藻類和光合細菌，以CO八碳酸鹽等無機物質作為唯一或主要碳源，并利用光能合成細胞內

的有機物；絕大多數細菌以及全部放線菌和真菌以有機物質作為碳源，屬于異養微生物。

(3)不同微生物利用碳源的能力不同

不同的微生物利用碳源的能力也存在很大差異。

有些微生物能利用的碳源物質相當廣泛，而有些微生物利用碳源物質的能力卻十分有限，僅能利用少數

幾種碳源物質。

洋蔥假單胞菌(pseudomonascepacia)可以利用的碳源物質可達90種以上；

產甲烷細菌的碳源僅為CO,和極少數幾種一碳和二碳有機化合物；

某些纖維素分解菌只能利用纖維素作為碳源。

5.3.3氮源(P68)

能被微生物用來構成細胞物質或代謝產物中氮素來源的營養物質通常稱為氮源(Nitrogensource)0氮

是細胞的一種主要組成元素，微生物的氮源物質主要用于合成細胞內各種氨基酸和堿基，進而合成蛋白

質和核酸等細胞成分。

除了硝化細菌(nilrobacleriai等少數細菌能利用鍍鹽、硝酸鹽作為機體生長的氮源與能源之外，氮

源一般不作為能源物質。

自然界中的氮源物質有分子態氮、無機氮化物、簡單的有機氮化物(氨基酸等)和復雜的含氮有機物(如

蛋白質)。不同類型的微生物對氮源的要求也各不相同。

能夠以分子態氮作為氮源的微生物是固氮微生物，它們利用分子態的氮合成自身需要的氨基酸和蛋白

質。這類微生物有自生固氮菌、根瘤菌、巴氏固氮梭菌和固氮藍細菌等。

無機氮源有氨、尿素、錢鹽、硝酸鹽等。如I,大腸桿菌、產氣桿菌(Aerobacter),草桿菌(Bacillus

subtilis).銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)等都可以利用硫酸鍍、硝酸核作為氮源.放線

商可以利用硝酸鉀作為氮源，霉菌可以利用硝酸鈉作為氮源等。

還存在一類以氨基酸作為氮源的微生物，稱為氨基酸異養微生物。這類微生物不能利用簡單的無機含氮

物質合成氨基酸，必須從外界吸收現成的氨基酸作為氮源。

例如，乳酸桿菌(Lactobacillus),丙酸細菌(Propionibacteria)等都屬于氨基酸異養微生物。

5.3.4礦質營養(P68)

礦質元素是微生物生長必不可少的一類營養物質，其主要作用是構成細胞的組成成分、參與酶的組成、

維持酶的活性、調節和維持細胞的滲透壓平衡、控制細胞pH值和氧化復原電位等。

一般微生物生長所需要的無機鹽有硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合

物。

大量元素有P、S、K、Mg、Ca、Na等，沒有它們微生物就無法生長。

微量元素有Cu、Zn、Mn、Mo,Co等，主要是一些酶的輔助因子。微量元素中有許多屬于重金屬元素，

當它們含量過高時，就會抑制酶的活性，對機體的正常代謝產生毒害作用。因此，微生物生長所需要的

微量元素一定要控制在正常的濃度范圍內。

5.3.5生長因子(P68)

生長因子(Growthfactor)是指某些微生物生長必須的，而自身不能從普通的碳源、氮源物質合成的，

需要從生存環境中攝取才能滿足機體生長需要的有機物質。

生長因子主要包括維生素、氨基酸與喋吟和喀咤堿基三種類型。

并不是所有的微生物都需要從外界吸收生長因子才能生長，多數真菌、放線菌和一些細菌(如人腸桿菌

筆)都不需要外界提供生長因子，屬于生長因子自養型微生物。

營養缺陷型P69

乳酸桿菌、各種動物致病菌、某些原生動物和支原體等那么需要多種生長因子，如一般的乳酸菌都需要

多種維生素，很多微生物及其營養缺陷型都需要不同的堿基作為生長因子。

5.4微生物的營養類型(P71)

碳源

自養型(無機營養型)

異養型(有機營養型)

能源

光能營養型

光能自養型〔光能無機營養型)

光能異養型〔光能有機營養型〕

化能營養型

化能自養型〔化能無機營養型〕

化能異養型［化能有機營養型〕

5.5微生物的培養基

5.5.1培養基的概念P73

5.5.2配置培養基的根本原那么P73

5.5.3培養基的類型P74

5.6物質的運輸

請參閱教材P70-71相關內容

請注意不同運輸方式之間的異同

5.7作業

門)微生物的化學組成對其應用有何指導意義？

12)物質運輸的方式主要有哪幾種？各有什么特點？

13)根據碳源和能源的不同，微生物的營養類型可以劃分為幾種類型，其營養特點分別怎樣？

(4)配置培養基應遵循哪些原那么？常見培養基有哪些？各有什么用途？

6.微生物的生長繁殖

61概述P122

生長和繁殖統稱為發育。

當微生物吸收營養物質后，合成新的細胞成分，使菌體的重量增加，菌體體積長大，這種現象稱為生長。

當細胞增長到一定程度時就開始分裂，這種菌體數量增多的現象稱為繁殖。

生長是繁殖的根底，繁殖是生長的結果。生長利繁殖雖有區別，但關系十分密切。

6.2微生物的分純與培養

6.2.1純培養的概念P122

在實驗室條件下，從一個細胞或一種細菌細胞群繁殖得到的后代稱為純培養物。相對應的稱為不純培養

物。

6.2.2細菌分純方法P122T23

(1)稀釋倒平皿法P122

(2)劃線法P122

(3)單細胞挑取法P123

(4)利用選擇培養基別離法P123

不同分純方法的適用條件P123表7.1

6.3微生物生長量的測定P123

微生物群體在生長過程中，個體的細胞體積和重量變化不易被發覺，所以，常以細胞數量的增加或以細

胞群體重量的增加作為生長繁殖的指標。

63.1測定微生物的數量(P124)

(1)顯微鏡直接計數法：采用計數器，染色或直接觀察

(2)平板計數法：培養后計數菌落

(3)薄膜過濾技術法：培養后計數菌落

(4)比濁法：采用比色計或分光光度計測吸光度(0D),測試前需作標準曲線。

6.3.2測定微生物的重量(P124)

11)即稱重法，是測定生物量較為直接而可靠的方法，但只適用于菌體濃度較高的樣品，而且要求樣

品中不含菌體以外的其他干物質。

(2)在活性污泥法中常采用干重法來測定活性污泥的重量,以近似代表活性污泥中微生物的量,這一

指標稱為活性污泥濃度(MLSS)c

由于污水處理系統中成分比擬復雜，測得的MLSS中含有其它非生命的固體物質再所難免。為了能夠比

擬準確地反響活性污泥中活性微生物的量，一般采用活性污泥中有機性固體物質的濃度MLVSS。

在一般情況下，MLVSS/MLSS的比值比擬固定，對于生活污水，約為0.75。這一參數可SVI值反映

活性污泥的絮凝、沉淀性能，一般以介于70?100之間為宜；

SVI值過低，說明泥粒細小，無機物含量高，缺乏活性；

s，i值過高，說明污泥沉降性能不好，且已有產生膨脹現象的可能。

6.3.3其它測定微生物量的方法

(1)測定含氮量：含氮量乂6.25=蛋白質量

(2)DNA含量的測定：可排出生物以外因素的干擾

(3)ATP含量的測定：可準確測定出具有生命活性的生物量

6.4微生物的群體生長規律

要研究微生物的發育過程，一般須從研究微生物的群體生長方面著手。

微生物群體生長規律的研究，一般有細菌純培養和混合培養兩個方面

6.4.1細菌純培養的生長規律

(1)純培養生長曲線的作出

(2)純培養群體生長各時期的特點

6.4.2細菌混合培養［活性污泥)的生長規律(P132)

為了描述活性污泥中微生物的生長，常采用類似于細菌純培養的方式，通過間歇培養法獲得描述其生長

規律的生長曲線。活性污泥中的微生物種類繁多，不僅包括細菌，而且還含有原生動物和后生動物等微

生物，因此，其生長曲線與細菌純培養的生長曲線有本質區別，但曲線所表現出的規律性與純培養的類

似。

活性污泥增長曲線一般可以分為四個時期：緩慢期、對數生長期、減速生長期和內源呼吸期。以作為判

斷活性污泥活性的一個指標，在工程應用中，還常采用綜合指標SVI指導生產。

活性污泥增長各時期的特點

(1)緩慢期：微生物群體因環境的變化變現出的一個適應階段。該階段的主要特征是：

生物量沒有明顯的增長，甚至還會出現略有下降的現象。這是“適者生存”的結果。

⑵對數生長期:P133

(3)減速生長期：P133

(4)內源呼吸期:P134

6.4.3微生物群體生長規律對生產實踐的指導意義

(1)縮短緩慢期，加速反響系統的啟動過程

縮短緩慢期的措施(提示)

盡量維持微生物生長環境的一致性；

對于廢水生物處理系統的啟動，接種污泥盡量選擇水質和工況相同或相近的污水處理廠的剩余污泥；

接種最充足，可縮短緩慢期，加速反響系統的啟動過程；

對于混合微生物反響系統，進行污泥接種時，種泥生物相的多樣性是保證反響系統啟動成功的重要因素。

(2)利用微生物群體生長各時期的特點指導廢水生物處理的生產實踐

6.5微生物的連續培養

現在參見教材P128-130

研究微生物生長的一個重要手段一一恒化器(Chemostat)

在恒化器內，微生物群體的密度由限制性營養成分的濃度所控制，生長速度受流速

控制，流速那么可任意調節。所以我們可以利用恒化器提供低水平的營養，參加的限制性營養成分是低

水平的，所以很快被細菌吸收同化掉，以致恒化器中的營養濃度實際上等于零。因而在要求保持低的生

長率的一些試驗中，恒化器特別有用。一些天然的微生物群體因處于低營養的自然條件下，常常生長很

慢，故恒化器很適合于天然微生物生態系統的實驗室模型的研究。

6.6微生物的同步培養

閱讀教材P130-132

6.7作業

(1)測定微生物生物量的方法有哪些？

(2)細菌的別離方法有哪些？

(3)活性污泥的生長曲線是怎樣獲得的？它可分為哪幾個時期？各時期有什么特點？試分析活性污泥

生長曲線對廢水生物處理的何指導意義。

7.微生物的代謝

7.1新陳代謝綜述

原理

1)培養基中含有被試微生物生長必須的某種營養，其含量控制在限制其生長的范圍內；

2)培養管中的菌群密度由限制性營養因子的濃度決定：

3］菌群生長速度受培養液流速控制；

4)培養液的流速可人為控制；

新陳代謝

同化作用:物質合成，能量轉化與儲存

異化作用:物質分解代謝，能量轉化、釋放與利用

同化作用為異化作用提供物質根底，異化作用為同化作用提供能量來源，兩者因物質與

能量的聯系而無法別離，構成一個辨證統一體。

所以，

新陳代謝

物質代謝:包括物質的吸收、轉運、儲藏、合成與分解、排泄等

能量代謝:能量的轉化、儲存、釋放與利用等

請注意以下兩個問題：

生物代謝過程中產生能量的三個去向(P78)

微生物產能的四種方式(P78)

7.2酶與酶促反響

7.2.1酶的概念及其特性

(1)陋的概念

酣是生物活細胞產生的，具有催化作用的一類物質，其本質是蛋白質，有生物催化劑之

稱；陋所催化的發生反響的物質，稱為酶的底物。

可參考教材P79

(2)酶的特性

具有蛋白質所具有的一切理化性質，同時也具有一般催化劑的降低反響活化能、縮短

反響到達平衡的時間等特性；

高效性

專一性

多樣性

催化條件的溫和性

7.2.2酶的分類和命名

迄今為止，已經發現的酶已達2000多利。且催化的反響多種多樣。習慣命名法比擬混

亂，往往造成一酶多名或一名多酶。為了防止混亂，便于比擬，必須嚴格地對■附加以分類和

命名。

(1)酶的分類

國際生物化學聯合會陶學委員會于1972年根據前所催化反響的類型，將酹分為六大類。

(2)酶的命名

請同學們自學教材P81-82的相關內容

7.2.3酶的化學組成

依照化學組成，酶可分為單成分酹(又稱單酶)和雙成分能(又稱結合酶或全陋)兩類

酚

單酶：由蛋白質組成，其本身即有催化活性；大多可以分泌到細胞外，作為胞

外酶，催化水解作用

結合酶：由酶蛋白和輔因子組成，酶蛋白與酶的輔因子單獨都不具有酶的催化

活性，只有二者結合才具有催化活性，一般為胞內酶。

輔因子

組成分類：金屬粒子,如鐵、鎂等;小分子有機化合物,如細胞色素、維生素等

輔酶:與酶蛋白結合較為疏松，用透析法可以去除

輔基:與酶蛋白結合較緊密，用透析法不易去除

功能:作為電子、原子或某些基團的載體參與反響并促進整個催化過程的進行

重要的輔因子

現在請參閱教材P83-85

7.2.4的結構與功能的關系

(1)酶的必需基團

酣分子中雖然具有很多基團，但是并不是所有的基團都與酶的活性有關，其中有些基團

假設經過化學修飾(如氧化、復原、酰化、烷基化等)使其改變，那么雨的活性就會喪失，這些

與酶活性直接相關的基團被稱為酶的必需基團。

⑵酶的活性部位(活性中心)

酌的活性中心是指酶分子中直接與底物結合,并和酶的催化作用直接相關的部位。

活性部位(活性中心)

結合基團:參與和底物結合的基團

催化基團：直接參與催化反響的基團

有的基團兼具結合與催化功能

(3)酶原的激活

某些能在合成之初和分泌時，并無催化活性，這種沒有催化活性的酶的前體被稱為“酶原〃。

前原在一定條件下經適當物質的作用，可轉化為具有催化活性的陋，這種酹原轉變成具有催化活性能的

過程稱為酶原的激活

(4)胞內酶、胞外酶和同工酶

生活細胞生成，并在細胞體內發揮作用的酶稱為胞內酶，這吟酶一般屬雙成分酶；

生活細胞生成，并分泌到細胞體外發揮催化作用的酶稱為胞外解，這些酶一般屬單成酶；

具有不同的分子形式，卻催化相同化學反響的酶稱為同工酶。

7.2.5酶作用的根本原理

(1)酶催化反響的熱力學原理

(2)中間產物學說P85

中間產物學說認為，的在催化某一反響時，首先是陋(E)與底物(S)結合成一個不穩定的

中間產物(ES),也稱中間絡合物，然后ES再分解成產物(P),并釋放出原來的酶(E)。

E+SFS—E+P

⑶鎖鑰學說(教材P86)

關于艇是怎樣與底物結合并催化反響進行的這一問題，人們提出了一些假說，其中最具代表性的是鎖鑰

學說和誘導契合學說。

前的鎖鑰學說認為，前和其作用的底物結構是一定的，酹的活性中心結構與底物結構必須相互吻合，就

像鎖和鑰匙那樣結合成中間產物，進而促進底物轉變為產物。

隨著研究的不斷深入，人們認識到酶在參加生化反響過程中，其結構可能會發生一定的變化，此學說逐

漸被淘汰。

(4)酶的誘導契合學說P86

研究發現，陋的活性中心結構與底物原本并非恰巧吻合，當底物分子與隨分子相接觸時，可誘導酶的活

性中心結構發生構象改變，從而與底物結構相吻合，然后才結合成中間產物，進而引起底物發生相應的

化學反響。此即所謂晦作用的誘導契合學說。

7.2.6酶促反響動力學

(1)酶促反響速度的測定

(1-1)酶促反響速度的測定方法

酣活性的大小常用酣促反響速度的快慢來表示，酶促反響速度的測定一般有兩種方式：

①在一定條件下測量單位時間內底物的消耗量，②在一定條件下測量單位時間內產物的生成

量。

(1-2)以“反響初速度”作為酹促反響速度的定量指標

酶的反響過程曲線

12)酶濃度對酶促反響速度的影響

底物足量，在其它條件不變時，V-[E]

(3)底物濃度對酶作用的影響

底物濃度與酶促反響速度之間的關系

(3-1)米-門氏方程

基于中間產物學說，Michaelis和Menten提出了米-門氏方程，用以描述底物濃度與酶促反響速度之間

的關系。

米-門氏方程及其涵義(P87-88)!!

(3-2)K”的意義(P88)

Km是反響速度為最大反響速度一半時的底物濃度。因為，當v=l/2Vm時，Km=S。米氏常數

的單位為濃度單位。米氏常數是酶的特征性物理常數，它只與酶的性質和它所傕化的底物種

類有關，而與解濃度無關，所以，一種能在一定條件下對某一底物只有一個特定的Km值，

因而Km值可作為鑒別酶的一種手段。

(3-3)降的測定(P89)

測定酶促反響的Km和Vm的方法很多，常用的是雙倒數作圖法，BPLineweaver-Burk做圖法。

由米-門方程式變形得倒數形式：

1/S與1/v的關系曲線

||1-1/Km求得Km

由1/Vm求得Vm

(4)pH值對酶作用的影響

前能表現出活力的pH值范圍稱為酶的pH值閾限；

前能發揮最大活力的pH值稱為酶的最適pH值；

所以，在廢水生物處理中對廢水的pH值要求保持在6?9之間，否那么，需要調節后才能進入生物處理

設施。

(5)溫度對酶作用的影響P89-90

陸作用的止常發揮，對溫度也有一定的要求，同樣存在“閾限”；

在一定條件下，酶所表現出最大活性的溫度稱為酶的最適溫度；

在一定范圍內，酶促反響速度隨溫度的升高而加快，一般而言，溫度每提高10℃,反響速度可提高1?2

倍。

(6)激活劑對酶作用的影響P92

激活劑：但凡能夠提高酶活性的物質均可稱為酶的激活劑；

一些物質，比方象Ca-、Zm+、包2+等金屬離子，在低濃度時對酶促反響有促進作用，但在高濃度時會

對酶促反響造成抑制，成為酶的抑制劑。

(7)抑制劑對酶作用的影響

凡使酹的必需基團或酹活性部位基團的化學性質改變而降低能活力，甚至使酹完全喪失活性的物質稱為

酶的抑制劑。

抑制劑對酶促反響的抑制作用可分為不可逆性抑制作用和可逆性抑制作用。

(7-1)不可逆抑制作用(P90)

抑制劑與酶的結合是一種不可逆的反響，不能用透析等方法除去“結合體”中的抑制劑而使酶恢復活性,

這種抑制作用稱為不可逆性抑制作用。

(7-2)可逆性抑制作用(P91)

抑制劑與酹的結合是可逆的，結合后可用物理方法除去抑制劑而恢復醐活性。這種結合往往是非共價鍵

的結合。可逆性抑制劑可分為競爭性抑制作用和非競爭性抑制作用兩類。

競爭性抑制作用(P91)

有些抑制劑與酶競爭和底物結合,當抑制劑與隨結合后,就阻礙了底物與醐的結合,減少了酶的作用時

機，因而降低了能促反響速度。

非競爭性抑制作用(P91)

有些抑制劑和底物可同時結合同一酶的不同部位上，即抑制劑與酶結合后不阻礙酶再與底物結合，但所

形成的“酶-底物-抑制劑"三元復合物不能發生反響，從而降低了酶的活性。

7.2.7兩個重要概念

固有隨：微生物在正常生活過程中產生并發揮催化作用的幅稱為固有能；

適應酶：微生物在正常生活過程中不產生，只有在特定環境條件(主要是營養條件)

才會產生并表現出催化活性的酶稱為適應酶。

7.2.8酶的應用

請自學教材P97-98的相關內容

提示以下幾點：

利用微生物進行環境污染治理時，如何發揮微生物的作用是最為關健的。要想使微生物能夠發揮最正確

作用，調動其廂的活性是根底。

前對pH值、酸堿度、氧化復原電位和促進劑及抑制劑的濃度都有一定的要求，應用中應盡量滿足。

因為微生物適應陋的存在，可以通過微生物馴化的工程措施，到達處理特種工業有機廢水(有毒、有害、

高鹽度及難降解等)的目的。

7.3化能異養型微生物的產能代謝一一發酵與呼吸

7.3.1概述

(1)生物氧化

有機物質在生物體細胞內的氧化作用稱為生物氧化，它是能量代謝與物質代謝的耦聯。高等動物通過肺

法行呼吸，吸入a,呼出C6,吸入的用以氧化攝入體內的營養物質(能源)獲得生命活動所必需的能

量，所以生物氧化也稱呼吸作用。

微生物以細胞直接進行呼吸，固其生物氧化作用又稱細胞呼吸。

(2)能量代謝

生物體內伴隨物質代謝過程發生的能量轉化、利用、儲存與釋放等生物化學作用稱為能量代謝。

⑶高能化合物

參與生化反響的化合物中，有些含有很高的自有能，在發生分解反響或基團轉移反響時可產生大量能量

(ATP),這類物質被稱為高能化合物。

在生物有機體內存在著各種磷酸化合物，它們所含的自有能多少不等，其中自有能含量很高的璘酸化合

物稱為高能磷酸化合物。

高能化合物中的高能鍵以“?”表示。

(4)產能代謝類型及主要區別

7.3.2糖酵解(EMP)途徑

糖酵解途徑是好氧微生物與厭氧微生物對糖類物質代謝的共同途徑，是認識生物氧化的根底。

EMP途徑見書

7.3.3發酵

(1)綜述

(1-1)輔酶I氧化型與復原型的平衡

(1-2)不同發酵類型的形成機制

不同的微生物可以在進一步轉化丙酮酸的過程中，消耗EMP途徑生成的NADH+H.,使NAD.得以再生，從而

維持體內二者的動態平衡。

如此，就形成了以不同最終產物為標志的不同的發酵類型：乙醇發酵、丙酸發酵、丁酸發酵、丁二醇發

酵、乳酸發酵、混合酸發酵等。

輔酶I的氧化復原與細菌發酵有一局部見書或課件

（2）微生物發酵類型

根據微生物對碳水化合物進行發酵作用所產生的末端產物的不同，可將微生物的發

酵類型分為丙酸